海洋油气资源长期以来都依赖海洋平台进行勘探及开发,从最初的海上平台至今,已发展出多种形式的海洋工作单元。我国至今服役最多的平台形式为导管架平台和半潜式平台,且多数超过服役年限或存在缺陷,其疲劳问题进一步成为继续拓展边界效益和延长服役年限的障碍,因此针对此类平台,后续疲劳问题应该引起关注。近年疲劳评估的方法也由最初以裂纹萌生为失效基准的疲劳计算和预测,向疲劳裂纹扩展及腐蚀等以后续疲劳寿命为关注点的评估方法发展。本论文以疲劳裂纹的扩展计算及评估方法为主要课题,对超过服役年限的导管架平台和在役并存在裂纹等缺陷的半潜式平台进行计算和评估研究,并结合已有的条件进行结构裂纹疲劳裂纹扩展的试验设计。本文的主要工作包括以下内容:1)建立以失效评估图FAD(Failure Assessment Diagrams)为基础的疲劳裂纹扩展计算及评估方法。针对固定式平台导管架的管节点裂纹,进行热点应力的分析计算,以ABS规范计算管节点应力集中系数的方法为基础,对比实际管节点的受力情况而提出更为准确的热点应力计算公式。提取并计算传递函数中各个波浪周期多个相位中的热点应力幅值,计算出应力强度因子,在裂纹扩展循环中采用FAD评估曲线作为失效评估准则,以波浪散布数据为基础,迭代计算出管节点的裂纹扩展寿命。2)以导管架管节点的疲劳裂纹扩展计算为基础,开发出针对不同几何类型的管节点疲劳裂纹扩展计算程序,包括X型节点、Y型节点及T型节点等。计算程序分为三个功能模块,第一模块用于计算管节点的几何参数,裂纹参数以及用于疲劳评估和疲劳裂纹扩展计算的应力成分;第二模块对管节点裂纹状态进行评估,使用基于百年一遇波浪工况下的结构应力响应值作为输入,利用裂纹各种参数计算出评估点用于FAD中进行安全评估;第三模块则整合第一第二模块的输出信息,对管节点裂纹进行最终疲劳裂纹扩展寿命计算。3)半潜式平台的疲劳节点分析及疲劳裂纹扩展计算。基于已存在裂纹缺陷的半潜式平台,建立整体结构模型和局部结构模型,采用设计波法,分析平台在各种特征工况下,存在裂纹节点的疲劳强度,确定疲劳裂纹节点的应力响应。运用线性几何外插法获得结构热点应力和疲劳应力幅值。基于离散的疲劳应力幅值和波浪散布数据,利用FAD评估机构作为扩展循环的安全评估机制,计算出疲劳裂纹扩展的寿命。4)基于失效评估图FAD的疲劳裂纹扩展计算方法探讨及敏感性参数分析。采用不同的疲劳裂纹扩展模型进行半潜式平台疲劳节点的裂纹扩展计算,对比基于失效评估图FAD的疲劳裂纹扩展计算,分析多个浪向的疲劳载荷循环变化和疲劳裂纹扩展尺寸,在个别显著的浪向和周期工况下的疲劳贡献。计算并分析不同的初始裂纹尺寸、裂纹增长参数、疲劳增长率以及海况资料等敏感性参数下疲劳裂纹扩展的临界尺寸参数。5)考虑腐蚀环境的影响,根据规范要求选取平台结构需要注意的腐蚀区域,确定容许的板厚腐蚀尺寸量,然后选择合适的板厚尺寸腐蚀速率计算模型,利用有限元方法对新板厚下的半潜平台整体及立柱-横撑连接部位局部结构进行结构分析,获得腐蚀板厚尺寸下节点的应力响应,通过再次进行疲劳裂纹的扩展计算,对计及板厚腐蚀后的疲劳裂纹临界参数进行对比分析。针对在建的疲劳断裂实验系统,探讨目前有关方面的研究及实践现状,分析疲劳断裂试验系统拟解决的关键科学问题,并根据试验系统装置设计用于疲劳试验的平台节点结构。